複数の量子モジュールを光で接続し、量子コンピュータの大規模化を目指すモジュール型アーキテクチャのイメージ。富士通は2027年を目標に、複数量子モジュールから構成するダイヤモンドスピン方式量子コンピュータのプロトタイプ開発を進める（画像はイメージ）
今回のニュースのポイント
富士通は8日、ダイヤモンドスピン方式量子コンピュータのプロトタイプを開発したと発表しました。ダイヤモンド結晶中の「スズ-空孔（SnV）センター」を量子ビットとして用いてチップ上に集積した実機で、同構成として世界初（2026年9月、富士通調べ）となります。この方式は、量子モジュール同士や異なる冷凍機間を光で接続できる拡張性が最大の特徴です。富士通は2027年に複数量子モジュール型プロトタイプの開発を目指し、2030年度に250論理量子ビット、2035年度に1000論理量子ビットを実現するロードマップを提示しています。
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量子コンピュータの実用化に向けた重要な課題の一つである「大規模化」に対し、富士通が新しいアプローチを実機で提示しました。富士通は8日、ダイヤモンドスピン方式量子コンピュータのプロトタイプを開発したと発表しました。
今回のプロトタイプは、ダイヤモンド結晶の中に存在するカラーセンター（色中心）と呼ばれる格子欠陥構造のうち、「スズ-空孔（SnV）センター」を量子ビットとして利用し、チップ上に集積したものです。富士通によると、SnVセンターを量子ビットとしてチップ上に集積した形態の量子コンピュータとしては世界初（2026年9月、富士通調べ）となります。
従来、ダイヤモンドスピン方式では窒素を用いたNVセンターが一般的でしたが、今回富士通が着目したSnVセンターは高い結晶構造の対称性を持ち、外部環境からのノイズの影響を受けにくい性質を持っています。富士通は今回、従来比で約10倍相当となる高輝度なSnVセンターの生成に成功し、これを量子ビットとして組み込みました。ここで約10倍相当とされているのは量子ビット全体の総合性能ではなく、あくまでSnVセンターから得られる「輝度」の比較値です。
硬いダイヤモンドを量子チップへ集積するため、製造技術における取り組みも進められました。スズをイオン注入したダイヤモンド基板と、アルミナ・酸化膜付きシリコン基板を接合する異種材料接合技術を開発し、数百マイクロメートルの厚さがあったダイヤモンドを数百ナノメートルまで薄膜加工する技術を確立しました。SnVセンターを量子コンピューティングチップへ集積するための製造技術を開発した点が重要なステップとなります。
しかし、今回の開発における本当の眼目は、ダイヤモンドの珍しさそのものではなく、量子コンピュータをどう大規模化するかという拡張性の確保にあります。富士通が今回重視しているのが、複数の量子モジュールを光で接続してシステムを拡張するモジュール型アーキテクチャです。
ダイヤモンドスピン方式では、電子スピン量子ビットから発生する光子の量子もつれ（エンタングルメント）を利用することで、量子情報を光によって伝送できます。これにより、同じチップ上のモジュール間にとどまらず、異なるチップ間や、物理的に分かれた「異なる冷凍機」の中に収められた量子ビット間であっても、光を用いて相互に量子状態を伝送する接続が可能とされています。なお、異なる冷凍機間での遠隔エンタングルメントおよび量子ゲート操作については、すでにNVセンターを用いた富士通とオランダ・デルフト工科大学（QuTech）の共同研究において実証成果が得られています。
この光接続を実現するため、富士通はSnVセンターを含むナノメートルサイズのダイヤモンド構造と、可視光を通すアルミナ光導波路を組み合わせたフォトニクス集積回路の作製技術も開発しました。単に量子ビットを作っただけでなく、SnVセンターから放出される単一光子を取り出すための光導波路までを集積しています。
作製されたプロトタイプの動作温度は、約マイナス271.6度（約1.55ケルビン）と測定されました。富士通が比較対象として挙げる超伝導方式量子コンピュータの代表的な動作温度（約マイナス273.13度）と比較すると約1.5度高い温度ですが、依然として絶対零度に近い極低温環境が必要です。したがって今回の成果は「常温動作の実現」や「冷却不要化」を意味するものではなく、システム本来の目的は光接続による拡張性と高い制御忠実度（フィデリティ）の確保に置かれています。
さらに実用面では、今回のプロトタイプを富士通のクラウドプラットフォーム（Fujitsu Hybrid Quantum Computing Platform）経由で利用可能であることも実証されました。方式が異なるハードウェアであっても、ユーザー側が共通のソフトウェア基盤から利用できる環境が整えられつつあります。また富士通は、ダイヤモンドスピン方式だけで完結させるのではなく、将来的に超伝導方式量子コンピュータとの接続技術の開発も進める方針です。異なる方式の強みを組み合わせることで、大規模な誤り耐性量子コンピュータの実現を図る考えです。
今後の開発ロードマップとして、富士通は2027年を目標に、複数の量子モジュールから構成されるダイヤモンドスピン方式量子コンピュータのプロトタイプを開発する計画です。その先には、超伝導方式等との接続開発も含め、2030年度に250論理量子ビット、2035年度に1000論理量子ビットを実現する富士通全体のロードマップを掲げています。ここで示されている数値は物理的な量子ビット数ではなく、ノイズ影響を補正した「論理量子ビット」の目標数であり、今回のプロトタイプで達成された数字ではありません。
今回確認されたのは、SnVセンターをチップへ集積し、光回路と組み合わせたプロトタイプが極低温で動作したという事実です。複数モジュールを光でつないで大規模な計算を実行する段階はこれからの技術検証に委ねられており、共同研究先のQuTechも本方式のスケーラビリティ実証には「長きにわたる困難な道のり」が存在することを付言しています。一台の巨大化に頼るのではなく、小さな量子モジュールを光でつないで拡張する――その構想を実機で実証していく取り組みが、2027年の複数量子モジュール化に向けて本格始動しています。（編集担当：エコノミックニュース編集部／Editorial Desk: Economic News Japan）
